[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein polarisiertes elektromagnetisches Relais mit zwei
U-förmigen, parallel mit Abstand zueinander angeordneten Jochen, welche zwischen sich
mindestens einen Dauermagneten einschließen und deren Mittelabschnitte gemeinsam den
Kern einer Spule bilden, wobei ein durch ein langgestrecktes ferromagnetisches Blech
gebildeter, in seinem Schwerpunkt drehbar gelagerter Anker mit seinen freien Enden
jeweils zwischen den paarweise parallelen Schenkeln der Joche liegt und mit jedem
dieser Jochschenkel einen Arbeitsluftspalt bildet.
[0002] Bekannt ist ein polarisiertes Magnetsystem dieser Art, welches als Antriebssystem
für Relais, Wecker und dergleichen dient (DE-PS 966 845). Allerdings ist dort keine
konkrete Ausführungsform für ein Relais mit mehreren durch den Anker betätigbaren
Kontakten.angegeben. Auch eine Trennung des Kontaktraums von der Spulenwicklung, wie
sie bei Relais vielfach gefordert wird, ist dort nicht erkennbar.
[0003] Aus der DE-OS 27 23 430 ist weiterhin ein Relais bekannt, bei dem in kompakter Bauweise
eine Betätigung mehrerer Kontakte und eine hermetische Trennung zwischen dem Spulenraum
einerseits und dem über der Spule angeordneten Kontaktraum andererseits vorgesehen
ist. Bei diesem bekannten Relais verläuft durch die Spule lediglich ein einziges U-förmiges
Joch, welches mit zwei Schenkeln in den Kontaktraum geführt ist. Ein polarisiertes
Relais kann dort nur durch einen im Kontaktraum angeordneten Dauermagneten geschaffen
werden, wobei dieser Dauermagnet entweder in langgestreckter Ausführung seitlich an
die Jochschenkelenden angekoppelt ist oder von einem sogenannten H-Anker getragen
wird. Dadurch kann zwar ein wirkungsvolles polarisiertes System mit bistabiler und
monostabiler Schaltcharakteristik gewonnen werden, der H-Anker ist jedoch aufgrund
seiner beiden ferromagnetischen Blechteile und eines oder mehrerer dazwischen angeordneter
Dauermagnete relativ groß und schwer, so daß beim Schalten eine relativ große Masse
bewegt werden muß. Bei den beiden dort beschriebenen Ausführungsformen ist jedoch
durch den oder die Dauermagneten in jedem Fall der Kontaktraum eingeengt.
[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Relais der eingangs erwähnten Art
so weiterzubilden, daß in möglichst kompakter Bauweise mehrere Kontaktelemente durch
einen Anker mit möglichst kleiner Masse betätigbar sind, wobei der Kontaktraum gegenüber
der Spulenwicklung und gegenüber der Außenatmosphäre in einfacher Weise hermetisch
abschließbar ist.
[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Dauermagnet zwischen den
Mittelabschnitten der beiden Joche angeordnet ist und gemeinsam mit diesen zur Bildung
eines Spulenkörpers mit Isolierstoff ummantelt ist, daß der gegenläufig zu den Jochen
ebenfalls U-förmig ausgebildete Anker mit seinen Seitenschenkeln die Spulenwicklung
an deren Stirnseiten übergreifend zwischen den freien Schenkeln der Joche liegt, wobei
der Anker auf einem Grundkörper gelagert ist, welcher in Form einer umgekehrten Wanne
die Spulenwicklung überdeckt, im Bereich der Jochschenkel mit Durchbrüchen versehen
ist und seitlich von der Spule verankerte Kontakt-Anschlußelemente trägt.
[0006] Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion wird also der Dauermagnet zusammen mit den
Jochen mit Isolierstoff ummantelt, beispielsweise mit Kunststoff umspritzt, und diese
Ummantelung wird dann mit der Spulenwicklung versehen. Auf diese Weise erhält man
nicht nur einen stabilen Verband zwischen Jochen und Dauermagnet, sondern es entfällt
auch die getrennte Fertigung eines Spulenkörpers. Vorteilhaft ist dabei auch, daß
mit einem einzigen Dauermagneten ein symmetrischer Aufbau des Relais möglich ist.
Im Kontaktraum befindet sich dann zwischen den vier. Jochschenkeln lediglich ein stabförmiger
Anker aus ferromagnetischem Blech, so daß verhältnismäßig viel Platz für die Kontaktelemente
verbleibt. Durch die U-förmige Gestalt sowohl der beiden Joche als auch des Ankers
gewinnt man große Polflächen in den Arbeitsluftspalten bei gleichzeitig guter Raumausnutzung.
Trotzdem wird durch den Grundkörper als Träger des Ankers und der Kontaktelemente,
der wannenförmig über die Spulenwicklung gesetzt ist, eine Abdichtung zwischen Kontaktraum
und Spulenraum ermöglicht.
[0007] Der Dauermagnet kann sich innerhalb der Spule zwischen den beiden Jochen über deren
ganze Länge erstrecken, wodurch große Ankoppelflächen zwischen Dauermagnet und dem
jeweiligen Joch gewonnen werden. Hierbei können die Eigenschaften von Ferritmagneten
gut ausgenutzt werden. Die.Ausdehnung des Dauermagneten in seiner Polarisierungsrichtung
zwischen den beiden Jochen ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß sie gerade der Summe
zwischen Ankerdicke und Ankerhub entspricht. Dadurch ist es möglich, besonders einfache
ebene Blechteile für die Joche und den Anker zu verwenden.
[0008] Durch Abstimmung der vier Arbeitsluftspalte zwischen dem Anker und den Jochen läßt
sich eine bistabile oder eine monostabile Schaltcharakteristik des Relais einstellen.
Um eine bistabile Charakteristik zu erhalten, werden die Flächensummen der jeweils
diagonal einander gegenüberstehenden Polflächen des Ankers und der Jochschenkel gleich
groß gewählt. Eine monostabile Schaltcharakteristik erhält man, wenn die Flächensummen
der jeweils diagonal einander gegenüberstehenden Polflächen unterschiedlich groß sind.
Dabei ist zunächst vorausgesetzt, daß in beiden Fällen der Kontaktfedersatz symmetrisch
auf den Anker einwirkt. Auch bei unsymmetrisch wirkendem Federsatz kann die Kraft-Weg-Kurve
des Magnetsystems durch Variation der Polflächen angepaßt werden.-Zur Unterstützung
dieser Anpassung ist es außerdem zweckmäßig, daß bei der monostabilen Ausführungsform
an zwei diagonal gegenüberliegenden Polflächen des Joches bzw. des.Ankers Trennbleche
angebracht werden.
[0009] Zweckmäßigerweise ist der Anker in seinem Mittelbereich mit einer Ummantelung aus
Isolierstoff versehen, so daß er mittels einer in diese Ummantelung eingeformten Buchse
auf einen Lagerzapfen des Grundkörpers gelagert werden kann. Um diese mittige Lagerung
zu ermöglichen, wird in diesem Fall der Mittelteil des Ankers zweckmäßigerweise mit
einer die Buchse einseitig umschlingenden Biegung versehen.
[0010] Um die oben erwähnte einfache Ausführungsform des Ankers mit einem völlig ebenen
Blechteil zu ermöglichen, kann der Anker auch mittels einer auf dem Grundkörper angeordneten
Lagerfeder gelagert sein, welche über seitlich aufgebogene Federlappen den Anker trägt..Diese
Lagerfeder kann über Langlöcher an Befestigungszapfen des Grundkörpers befestigt sein,
wobei bei der Montage durch die Langlöcher ein Toleranzausgleich ermöglicht wird.
[0011] Der Spulenkörper besitzt zweckmäßigerweise im Bereich der Jochschenkel jeweils Flansche
mit am Grundkörper anliegenden Dichtflächen. Der Grundkörper liegt außerdem zweckmäßigerweise
mit seinen Durchbrüchen an den Jochschenkeln an und bildet mit seinem Außenrand Dichtflächen
gegenüber einer über das. gesamte Relais gestülpten Gehäusekappe. Dabei können der
Grundkörper einerseits und die Gehäusekappe andererseits mittels ineinandergreifender
Rastelemente verbunden sein. Außerdem besitzt die Gehäusekappe zweckmäßigerweise einen
über den Grundkörper und den Spulenkörper ringsum übergreifenden Rand. Nach der Montage
des Relais kann. der nach außen offene, von diesem Rand umschlossene Raum mit Gießharz
ausgefüllt werden, wodurch der gesamte Spulenraum verschlossen und gleichzeitig gegenüber
dem Kontaktraum abgedichtet wird.
[0012] Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 bis 4 ein erfindungsgemäß gestaltetes Relais in vier verschiedenen Schnittansichten,
Fig. 5 und 6 die Anordnung von Jochen und Dauermagnet vor und nach dem Ummanteln,
Fig. 7 und 8 einen Anker aus Fig. 4 vor und nach der Ummantelung,
Fig. 9 und 10 eine abgewandelte Ankerausführungsform, ebenfalls vor und nach dem Umspritzen,
Fig. 11 eine Lagerfeder für den Anker,
Fig. 12 ein Relais mit Lagerfeder und Anker in eingebautem Zustand.
[0013] Das Relais nach den Fig. 1 bis 4 besitzt einen Grundkörper 1 aus Kunststoff, welcher
wannenförmig mit offener Unterseite über eine Spule 2 gestülpt ist und beiderseits
der Spule jeweils eingespritzte Kontaktanschlußelemente 3 trägt.
[0014] Das Magnetsystem enthält zwei U-förmige Joche 4 und 5, die in-Fig. 5 und 6 genauer
dargestellt sind. Diese Joche schließen zwischen sich einen Dauermagnet 6 ein, der
sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Joch-Mittelabschnitte 4a und 5a erstreckt
und in der Richtung zwischen den beiden Jochen polarisiert ist. Zwischen den paarweise
nach oben gerichteten Jochschenkeln 4b, 5b sowie 4c, 5c ist ein ebenfalls im wesentlichen
U-förmiger Anker 7 mit seinen nach unten gerichteten Schenkeln 7b und 7c angeordnet.
Der Anker 7 ist in seinem Mittelteil 7a mit einer Isolierstoffummantelung 8 versehen,
in welche eine Lagerbuchse 9 eingeformt ist. Mittels dieser Lagerbuchse 9 ist der
Anker auf einem Lagerzapfen 10 des Grundkörpers 1 mittig drehbar gelagert.
[0015] Durch Umspritzen der Einheit aus den beiden Jochen 4 und 5 sowie dem zwischenliegenden
Dauermagneten 6 mit Isolierstoff ist ein Spulenkörper 11 gebildet, der die Spulenwicklung
2 trägt und mit seinen Flanschen 11a und 11b jeweils abdichtende Anlageflächen 11c
und 11d (Fig. 6) gegenüber dem Mittelteil 1a des Grundkörpers 1 bildet. Um möglichst
große Polflächen zwischen dem Anker und den Jochen 4 und 5 zu erhalten, greift der
Anker mit seinen Seitenschenkeln 7b und 7c jeweils stirnseitig über die Spu- . lenflansche
11a und 11b nach unten. In diesem Bereich ist der Grundkörper zwischen den Jochschenkeln
4b und 5b bzw. 4c und 5c abgesenkt, so daß er zwischen dem Ende der Ankerschenkel
7b bzw. 7c und dem Dauermagneten 6 liegt. Mit der umlaufenden Wand 1b liegt der Grundkörper
1 ringsum an der Gehäusekappe 12 an, wobei diese Seitenwand 1b jeweils seitlich von
der Spule in zwei Reihen die eingespritzten Kontaktanschlüsse 3 enthält.
[0016] An die Kontaktanschlüsse 3 sind oberhalb des Grundkörpers 1 bzw. zu beiden Seiten
des Ankers 7 jeweils Kontaktfedern 13 und 13' bzw. feststehende Kontakte 14 angeschweißt
bzw. angeformt, die in üblicher Weise entweder Öffner bzw. Schließer oder Umschaltekontakte
bilden. Zur Bildung von Umschaltekontakten können die in Fig. 4 getrennt dargestellten
Kontaktfedern 13 und 13' jeweils untereinander verbunden und an einen gemeinsamen
Anschlußstift angeschweißt sein. Die Kontaktfedern 13 bzw. 13' werden durch Nasen
15 betätigt, welche an der Ummantelung 8 des Ankers 7 angeformt sind.
[0017] Bei der'Montage wird zunächst der Spulenkörper 11 mit den Jochen 4 und 5 in den Grundkörper
eingesetzt, wobei die Jochschenkel 4b, 5b, 4c und 5c durch die Ausnehmungen 1d und
1e des-Grundkörpers 1 gepreßt werden, bis die Anlageflächen 11c und 11d am Grundkörper
1 anliegen. Von oben wird der Anker eingesetzt, und dann wird die aus Kunststoff bestehende
Kappe 12 über den Grundkörper gestülpt, wobei am Grundkörper angeformte Rastnasen
16 in entsprechende Ausnehmungen 17 der Kappe einrasten. Dadurch ist der Grundkörper
in der Kappe vorläufig fixiert. Danach wird der durch den überstehenden Rand 12a der
Kappe gebildete, nach unten offene Spulenraum 18 mit Gießharz ausgegossen. Dadurch
werden alle Anlageflächen zwischen dem Spulenkörper 11 und dem Grundkörper 1 sowie
zwischen dem Grundkörper 1 und der Kappe 12 abgedichtet. Gleichzeitig werden auch
die Durchführungen 19 der eingespritzten Kontaktelemente 3 zusätzlich abgedichtet.
Das ausgehärtete Gießharz dient außerdem zur Stabilisierung des Relais.
[0018] Der Aufbau der Joche und des Spulenkörpers ist in den Fig. 5 und 6 in perspektivischer
Ansicht dargestellt. Die Jochanordnung nach Fig. 5 ist für eine bistabile Ausführungsform
des Relais geeignet, da alle Jochschenkel 4b, 5b, 4c und 5c' gleich gestaltet sind
und gegenüber dem hier nicht. dargestellten Anker gleiche Polflächen aufweisen. Um
eine monostabile Ausführungsform zu erhalten, werden zwei diagonal gegenüberliegende
Jochschenkel, beispielsweise 5b und 4c so verändert, daß die Summe ihrer Polfläche
gegenüber dem Anker kleiner ist als die Summe der von den beiden anderen Jochschenkeln
4b und 5c gebildeten Polflächen.
[0019] Die beiden Joche 4 und 5 mit dem zwischenliegenden Dauermagneten 6 werden gemäß Fig.
6 mit Kunststoff umspritzt, wodurch der Spulenkörper 11 gebildet wird. An diesem Spulenkörper
11 sind-im Bereich der Jochschenkel 4b, 5b, 4c und 5c jeweils Flansche 11a und 11b
angeformt, welche Dichtflächen 11 c und 11d zur Anlage am Grundkörper 1 (siehe auch
Fig. 1) besitzen. Dadurch ist eine gute Abdichtung zwischen Spulenwicklung und Kontaktraum
möglich. Außerdem sind an den Spulenflanschen jeweils SpulenanschluBfahnen 20 durch
Einspritzen oder durch Einstecken befestigt.
[0020] Die Fig. 7 und 8 zeigen einen Anker 7, wie er bei dem Relais gemäß den Fig. 1 bis
4 verwendet wurde. Der Anker besteht aus einem ferromagnetischen-Blechteil, welches
im Mittelbereich 7a eine seitliche Ausbiegung aufweist, um im Schwerpunkt Platz für
eine Lagerbuchse zu schaffen. Die beiden Schenkel 7b und 7c sind nach unten abgewinkelt
und greifen, wie erwähnt, zwischen die paarweisen Jochschenkel 4b und 5b bzw. 4c und
5c gemäß Fig. 6. Der in Fig. 7 dargestellte Anker ist für ein monostabiles Relais
.bestimmt. Er trägt deshalb an zwei diagonal gegenüberliegenden Polflächen jeweils
ein Trennblech 21. Bei der monostabilen Ausführungsform, wie sie in Fig. 8 dargestellt
ist, sind alle Polflächen gleich ausgebildet.
[0021] Fig. 8 zeigt einen Anker 7 mit einer Ummantelung 8, an der jeweils Betätigungsnasen
15 zur Kontaktbetätigung angeformt sind. Außerdem ist im Mittelbereich die bereits
erwähnte Lagerbuchse 9 eingeformt.
[0022] Eine abgewandelte Ausführungsform des Ankers ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt.
In diesem Fall ist der Anker besonders einfach als ebenes Blechteil 27 ausgeführt,
dessen Mittelteil 27a gerade zwischen den nach unten abgewinkelten Seitenschenkeln
27b und 27c verläuft. Fig. 10 zeigt die Umspritzung des Ankers 27 mit zwei Kunststoffstegen
28 und 29, an denen wiederum Betätigungsnasen 15 angeformt sind.
[0023] Der Anker gemäß Fig. 9 und 10 kann nicht mit einer Zapfenlagerung entsprechend dem
vorhergehenden Beispiel gelagert werden. Eine Möglichkeit zur Lagerung dieses Ankers
über eine Lagerfeder 22 ist in den Fig. 11 und 12 gezeigt. Diese Lagerfeder 22 liegt
flach auf dem Grundkörper 1 auf und besitzt in ihrem Mittelteil 2 nach oben gebogene,
winkelförmige Federlappen 22a, welche den Anker von beiden Seiten umfassen und an
den Stellen 22b mit dem Anker verschweißt sind. Da die Federlappen 22a weitgehend
freigeschnitten und nur über die schmalen Stege
'22c mit der Grundplatte der Feder 22 verbunden sind, gestatten sie eine leichte Auslenkung
beim Umschalten des Ankers. Zur Befestigung auf dem Grundkörper 1 besitzt die Feder
22 Langlöcher 22d, in welche am Grundkörper 1 angeformte, thermisch deformierbare
Befestigungszapfen 23 eingreifen. Aufgrund der Langlöcher ist ein Toleranzausgleich
der Feder 22 mit dem Anker 27 möglich. Ein solcher Toleranzausgleich ist notwendig,
da der Anker durch die beiderseitige Anlage an den Jochschenkeln 4b, 5b, 4c, 5c und
durch die Befestigung über die Feder 22 überbestimmt wäre.
1. Polarisiertes elektromagnetisches Relais mit zwei U-förmigen, parallel mit Abstand
zueinander angeordneten Jochen, welche zwischen sich mindestens einen Dauermagneten
einschließen und deren Mittelabschnitte gemeinsam den Kern einer Spule bilden, wobei
ein durch ein langgestrecktes ferromagnetisches Blech gebildeter, in seinem Schwerpunkt
drehbar gelagerter Anker mit seinen freien Enden jeweils zwischen den paarweise parallelen
freien Schenkeln-der Joche liegt und mit jedem dieser Jochschenkel einen Arbeitsluftspalt
bildet, d a - durch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (6) zwischen den Mittelabschnitten
(4a, 5a) der beiden Joche (4, 5) angeordnet ist und gemeinsam mit diesen zur Bildung
eines Spulenkörpers (11) mit Isolierstoff ummantelt ist, daß der gegenläufig zu den
Jochen (4, 5) ebenfalls U-förmig ausgebildete Anker (7) mit seinen Seitenschenkeln
(7b, 7c) die Spulenwicklung (2) an den Stirnseiten übergreifend zwischen den freien
Schenkeln (4b, 5b, 4c, 5c) der Joche (4, 5) liegt, wobei der Anker (7) auf einem Grundkörper
(1) gelagert ist, welcher in Form einer umgekehrten Wanne die Spulenwicklung (2) überdeckt,
im Bereich der Jochschenkel (4b, 4c, 5b, 5c) mit Durchbrüchen (1d, 1e) versehen ist
und seitlich von der Spule (2) verankerte Kontaktanschlußelemente (3) trägt.
2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (6) in seiner
Polarisierungsrichtung zwischen den beiden Jochen (4, 5) der Summe aus Ankerdicke
und Ankerhub entspricht.
3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Flächensummen der
jeweils diagonal einander gegenüberliegenden Polflächen der Ankerschenkel (7b, 7c)
und der Jochschenkel (4b, 5b, 4c, 5c) gleich groß sind.
4. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Flächensummen der
jeweils diagonal einander gegenüberstehenden Polflächen der Ankerschenkel (7b, 7c)
und der Jochschenkel (4b, 5b, 4c, 5c) unterschiedlich groß sind.
5. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß an zwei diagonal gegenüberliegenden
Polflächen der Joche (4, 5) bzw. des Ankers (7) Trennbleche (21) vorgesehen sind.
6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Anker
(7) in seinem Mittelbereich (7a) mit einer Ummantelung (8) aus Isolierstoff versehen
und mittels einer in die Ummantelung eingeformten Buchse (9) auf einem Lagerzapfen
(10) des Grundkörpers (1) gelagert ist, wobei der Mittelteil (7a) des Ankers (7) eine
die Buchse (9) einseitig umschlingende Ausbiegung aufweist.
7. Relais nach einem der Ansprüche,1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Joche
(4, 5) und der Anker (7) als drei ebene Blechteile ausgebildet sind.
8. Relais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Anker (7) mittels einer
Lagerfeder (22) auf dem Grundkörper (1) gelagert ist, wobei der Anker an mindestens
einem seitlich anliegenden Federlappen (22a) der Lagerfeder befestigt ist.
9. Relais nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Lagerfeder (22) beiderseits
des Ankers (27) aufgebogene, winkelförmige Federlappen (22a) besitzt.
10. Relais nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Lagerfeder (22)
mittels Langlöchern (22d) auf deformierbaren Befestigungszapfen (23) des Grundkörpers
(1) befestigt ist.
11. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß am Spulenkörper
(11) im Bereich der Jochschenkel (4b, 5b, 4c, 5c) jeweils Flansche (11a, 11b) mit
am Grundkörper (1) anliegenden Dichtflächen (11c, 11d) angeformt sind.
12. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß im Spulenkörper
(11) Spulenanschlußfahnen (20) eingebettet sind.
13. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Grundkörper
(1) mit seinen Durchbrüchen (1d, 1e) eng an den Jochschenkeln (4b, 4c, 5b, 5c) anliegt
sowie mit . seinem Außenrand (1b) Dichtflächen gegenüber einer Gehäusekappe (12) bildet.
14. Relais nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , . daß der Grundkörper (1) und
die Gehäusekappe (12) mittels ineinandergreifender Rastelemente (16, 17) verbunden
sind.
15. Relais nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Gehäusekappe
ringsum einen den Grundkörper (1) und den Spulenkörper (11) übergreifenden Rand (12a)
besitzt und daß der von diesem Rand (12a) umgebene offene Raum (18) mit Gießharz gefüllt
ist.